Internet的拥塞控制已经成为当前计算机网络研究领域的一个热点。网络拥塞的发生来源于网络资源和流量分布的不均匀，拥塞使得数据包在传输过程中时延增大，丢包率上升，吞吐量下降，从而导致网络服务质量下降。近年来，应用控制理论方法来处理网络的拥塞控制问题越来越受到人们的关注。

    RED算法是IETF推荐使用的的AQM算法

　　（1）基本思想：通过监控路由器输出端口队列的平均长度来探测拥塞，一旦发现拥塞逼近，就随机地选择连接来通知拥塞，使他们在队列溢出导致丢包之前减小拥塞窗口，降低发送数据速度，从而缓解网络拥塞。由于RED是基于FIFO队列调度策略的，并且只是丢弃正进入路由器的数据包，因此其实施起来也较为简单。

　　（2）随机早期检测的设计目标：

　　1）化数据包丢失率和排队延迟；

　　2）避免全局同步现象；

　　3）避免对突发业务的偏见：网络中含有大量的突发数据，而传统的“去尾”算法对突发业务有很大的偏见。偏见就是在采用“去尾”算法的路由器中，如果某个流的突发性越高，则当该流的数据包进入队列时越容易造成队列溢出，从而导致连续地丢弃大量的该流的包；

　　4）即使在缺乏传输层协议有效配合的情况下，算法也能控制平均队列长度，从而避免拥塞。为了达成以上目标，RED采用了基于时间的平均队列长度，并且随机地选择正进入路由器地分组进行丢弃。这种方法能被有效地实施而无需在路由器中维持每个流（per-flow）的状态信息。

　　（3）RED算法主要分为两个部分：首先是计算平均队列长度，以此作为对拥塞程度的估计。另一个就是计算丢弃分组的概率。

　　（4）算法优缺点：1993年， Floyd 和Jacobson就提出了RED,当时的主要目的是克服“早期随机丢弃”（Early Random Drop , ERD）网关偏袒突发业务而造成的不公平问题。 RED为队列管理增添了两种新机制，其一，不是等队列全满后再丢弃到来的分组，而是利用概率判定机制事先丢掉部分分组来预防可能发生的拥塞；其二，通过平均队列而非即时队列调整分组丢弃概率，由此来尽可能地吸收部分短暂的突发流量。RED算法的性能敏感于设计参数和网络状况，在特定的网络负载状况下依然会导致多个TCP的同步，造成队列震荡，吞吐量降低和时延抖动加剧。RED算法的公平性和稳定性也存在问题。自RED被首次提出来之后，它的参数配置就是一个没有彻底解决的问题。

　　但研究及实践均发现， RED算法的鲁棒性和稳定性并不十分理想， 其性能对网络设计参数及运行状态很敏感。另外，由于TCP链路的物理差别，传播时延也有较大的波动。但已有的大多数算法和策略都没有充分考虑大时滞对AQM稳定性的影响，从而导致了大时滞网络环境下的剧烈的系统震荡，降低了链路利用率。现代时滞系统分析技术基于严格的理论推导与证明，将时滞分析技术应用于网络拥塞控制研究是可行的，并且为深入研究网络参数和系统稳定性提供帮助。

　　本文基于TCP/AQM流体动力学模型，从H∞控制理论的观点出发，将TCP流个数的扰动作为网络负载来考虑，基于LMI方法设计了具有时滞反馈的网络控制系统的H∞拥塞控制器，由控制器得到的数据包分组丢弃概率的变化不仅与队列的变化率有关，还与窗口的变化率有关，并进一步说明该控制器为基于平均队列长度估计的预测控制器。仿真结果表明，所设计的控制器在高速网络中具有良好的稳定性和鲁棒性。

　　1 TCP/AQM反馈控制系统

　　Misra等人基于流体动力学提出了TCP/AQM系统模型[1]，用一对非线性微分方程表示：

　　则TCP/AQM系统模型可化为如下形式的反馈控制系统：

　　证明：

　　（1）如果定理中LMI成立，则系统是渐近稳定的；由式（9），利用Schur补性质可得出式（7），从而由引理1可证得无扰动时式（4）渐近稳定。

　　则定理2得证。另外由于式（15）为LMI，因此将网络参数代入即可求解。

　　2.3  H∞网络拥塞控制器的参数估计

　　当网络稳定时，由系统参数之间的相互关系，通过解LMI式（15）及式（16）可得出k和γ的值，此时AQM/TCP系统的H∞拥塞控制器的形式为：

    3 性能仿真

　　队列长度变化及窗口大小的变化见图1和图2，可以看出，所设计的拥塞控制器在大时滞环境下比RED算法获得了更稳定的队列变化；并且窗口变化平缓，链路利用率高，具有良好的稳定性和鲁棒性。

　　针对大多数传统AQM算法和策略没有充分考虑大时延对AQM稳定性影响的问题，本文基于LMI方法设计了一种H∞网络拥塞控制器，由控制器得到的数据包分组丢弃概率的变化不仅与队列的变化率有关，还与窗口的变化率有关，并进一步说明该控制器为基于平均队列长度估计的预测控制器。仿真结果表明，所设计的控制器在高速网络中具有较高的链路利用率和很好的队列稳定性，并且具有良好的稳定性和鲁棒性能。